Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Demon Maxwella a zasada Landauera. O czym będzie mowa? Pojęcie demona Maxwella. Pojęcie demona Maxwella. Demon Maxwella a II zasada termodynamiki. Demon.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Demon Maxwella a zasada Landauera. O czym będzie mowa? Pojęcie demona Maxwella. Pojęcie demona Maxwella. Demon Maxwella a II zasada termodynamiki. Demon."— Zapis prezentacji:

1 Demon Maxwella a zasada Landauera

2 O czym będzie mowa? Pojęcie demona Maxwella. Pojęcie demona Maxwella. Demon Maxwella a II zasada termodynamiki. Demon Maxwella a II zasada termodynamiki. Egzorcyzmy pierwsze. Egzorcyzmy pierwsze. Szilard egzorcyzmuje demona Maxwella. Szilard egzorcyzmuje demona Maxwella. Egzorcyzmy Brillouina i Gabora. Egzorcyzmy Brillouina i Gabora. Zasada Landauera i jej zastosowanie przy wypędzaniu demona. Zasada Landauera i jej zastosowanie przy wypędzaniu demona.

3 Czym jest demon Maxwella Wyobraźmy sobie teraz istotę zdolną do śledzenia ruchu każdej cząstki… Demon to eksperyment myślowy przeprowadzony przez Maxwella w 1897 roku. Swoją nazwę zawdzięcza lordowi Kelvinowi.

4 Jak działa demon Maxwella

5 Demon Maxwella a II zasada termodynamiki Ciepło nie może samorzutnie przepływać od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej. Ciepło nie może samorzutnie przepływać od ciała o temperaturze niższej do ciała o temperaturze wyższej. Jedną z konsekwencji II zasady termodynamiki jest fakt, że lodówka wytwarzająca różnicę temperatur wymaga do swojego funkcjonowania nakładu pracy – strat energii. Jedną z konsekwencji II zasady termodynamiki jest fakt, że lodówka wytwarzająca różnicę temperatur wymaga do swojego funkcjonowania nakładu pracy – strat energii. Demon Maxwella wytwarza różnicę temperatur bez wykonywania pracy – stoi w jawnej sprzeczności z II zasadą termodynamiki. Demon Maxwella wytwarza różnicę temperatur bez wykonywania pracy – stoi w jawnej sprzeczności z II zasadą termodynamiki.

6 Demon a entropia W procesie wymiany ciepła między cieplejszym a chłodniejszym ciałem, entropia zimnego ciała rośnie szybciej, niż zmniejsza się entropia ciała ciepłego. Entropia Wszechświata rośnie. W procesie wymiany ciepła między cieplejszym a chłodniejszym ciałem, entropia zimnego ciała rośnie szybciej, niż zmniejsza się entropia ciała ciepłego. Entropia Wszechświata rośnie. Demon sortując molekuły, podtrzymuje strumień ciepła z części lewej do prawej, nawet gdy część prawa jest gorętsza niż lewa. Dlatego obniża on entropię części lewej o wartość wyższą niż ta, o którą zwiększa entropię w części prawej. Demon sortując molekuły, podtrzymuje strumień ciepła z części lewej do prawej, nawet gdy część prawa jest gorętsza niż lewa. Dlatego obniża on entropię części lewej o wartość wyższą niż ta, o którą zwiększa entropię w części prawej. Demon obniża entropię Wszechświata. Demon obniża entropię Wszechświata.

7 Historia demona I etap życia: Od narodzin do Szilarda (62 lata) I etap życia: Od narodzin do Szilarda (62 lata) II etap: egzorcyzmy Szilarda, Brillouina, Gabora. II etap: egzorcyzmy Szilarda, Brillouina, Gabora. III etap: egzorcyzmy Landauera i Benetta III etap: egzorcyzmy Landauera i Benetta

8 Egzorcyzmy Smoluchowskiego, Feynmana i Smrodinskiego. Jak duży musi być demon aby efektywnie działać Jak duży musi być demon aby efektywnie działać Demon atomowy i jego superparkinson Demon atomowy i jego superparkinson Demon brownowski z parkinsonem Demon brownowski z parkinsonem Kuracja parkinsona przez chłodzenie? Kuracja parkinsona przez chłodzenie? Demon ciśnieniowy i jego losowe dyndanie Demon ciśnieniowy i jego losowe dyndanie

9 Egzorcyzmy Smoluchowskiego, Feynmana i Smrodinskiego. Konkluzja Feynmana: Konkluzja Feynmana: …gdyby nasz diabełek miał skończone rozmiary, to bardzo szybko ogrzałby się tak, że nie widziałby zbyt dużo…

10 Problem inteligentnego demona As far as we know today, there is no automatic permamently effective perpetual motion machine, in spite of molecular fluctuations, but such a device might, perhaps, function regulay if it were appropiately operated by inteligent beings As far as we know today, there is no automatic permamently effective perpetual motion machine, in spite of molecular fluctuations, but such a device might, perhaps, function regulay if it were appropiately operated by inteligent beings Czy istoty inteligentne podlegają prawom, determinującym zachowanie materii nieożywionej Wszechświata? Czy istoty inteligentne podlegają prawom, determinującym zachowanie materii nieożywionej Wszechświata?

11 Egzorcyzmy Szilarda Według Szilarda obserwacja, lub pomiar, jaki istota inteligentna musi wykonać dla stwierdzenia z której strony przegrody znajduje się cząstka, wymaga wykonania pracy. Przyrost entropii związany z tą pracą ratuje II zasadę termodynamiki. Według Szilarda obserwacja, lub pomiar, jaki istota inteligentna musi wykonać dla stwierdzenia z której strony przegrody znajduje się cząstka, wymaga wykonania pracy. Przyrost entropii związany z tą pracą ratuje II zasadę termodynamiki. Demon Maxwella według Szilarda to jednocząstkowy silnik Szilarda. Demon Maxwella według Szilarda to jednocząstkowy silnik Szilarda.

12 Silnik Szilarda Cylinder z pojedynczą cząstką wykonującą chaotyczny ruch cieplny Cylinder z pojedynczą cząstką wykonującą chaotyczny ruch cieplny Z obu stron cylindra umieszczone są tłoki Z obu stron cylindra umieszczone są tłoki Cienka przegroda zamykająca cząstkę w połowie cylindra Cienka przegroda zamykająca cząstkę w połowie cylindra Detektor określający w której części cylindra jest cząstka Detektor określający w której części cylindra jest cząstka Pamięć zapisująca położenie cząstki Pamięć zapisująca położenie cząstki Silnik jest sześciotaktowy Silnik jest sześciotaktowy

13

14 Egzorcyzmy Szilarda POSTULAT: proces detekcji molekuły powoduje wzrost entropii o wartość, która kompensuje ubytek entropii otrzymany w czasie taktu pracy silnika. POSTULAT: proces detekcji molekuły powoduje wzrost entropii o wartość, która kompensuje ubytek entropii otrzymany w czasie taktu pracy silnika.

15 Egzorcyzmy Brilluina i Gabora Demon z latarką. Demon z latarką. Aby można było dostrzec molekułę, musi ona odbić co najmniej jeden foton z padającego nań strumienia. Energia odbitego fotonu jest przekształcana w ciepło, co powoduje wzrost entropii Aby można było dostrzec molekułę, musi ona odbić co najmniej jeden foton z padającego nań strumienia. Energia odbitego fotonu jest przekształcana w ciepło, co powoduje wzrost entropii Minimalna energia fotonów oświetlających gaz musi być większa od wartości określonej przez temperaturę gazu w pojemniku. Minimalna energia fotonów oświetlających gaz musi być większa od wartości określonej przez temperaturę gazu w pojemniku.

16 Zasada Landauera Operacje nieodwracalne Operacje nieodwracalne Operacja Restore To One (RTO) Operacja Restore To One (RTO) Entopia stanu pierwszego wynosi: Entopia stanu pierwszego wynosi: Entropia stanu drugiego wynosi: Entropia stanu drugiego wynosi:

17 Zasada Landauera W przypadku wykonania RTO ze stanu 1 do 2 entropia układu wzrośnie do wartości: W przypadku wykonania RTO ze stanu 1 do 2 entropia układu wzrośnie do wartości: W przypadku wykonania procesu odwrotnego entropia układu zmaleje o taką wartość. W przypadku wykonania procesu odwrotnego entropia układu zmaleje o taką wartość. Układowi dostarczono kosztem otoczenia ilość energii: Układowi dostarczono kosztem otoczenia ilość energii: Formuła określa minimalny koszt energetyczny nieodwracalnej operacji logicznej wykonanej na jednej komórce binarnej pamięci Formuła określa minimalny koszt energetyczny nieodwracalnej operacji logicznej wykonanej na jednej komórce binarnej pamięci

18 Egzorcyzmy Bennetta i Landauera Stany logiczne komputera są reprezentowane przez jego stany fizyczne. Stany logiczne komputera są reprezentowane przez jego stany fizyczne. Wykasowanie rejestru pamięci jest operacją ściskającą ilość stanów. Wykasowanie rejestru pamięci jest operacją ściskającą ilość stanów. Nie jest możliwe wykasowanie pamięci bez generacji pewnej ilości ciepła. Nie jest możliwe wykasowanie pamięci bez generacji pewnej ilości ciepła rok – Bennett stosuje zasadę Landauera do paradoksu Maxwella rok – Bennett stosuje zasadę Landauera do paradoksu Maxwella.

19 Egzorcyzmy Bennetta i Landauera Rozważamy silnik Szilarda: Ostatni krok silnika, gdzie układ pamieci przechodzi do stanu pustego, ściska dwa stany urządzenia (cząstka z prawej strony, cząstka z lewej strony) przechodząc do jednego stanu: cząstka jest niewiadomo gdzie. Rozważamy silnik Szilarda: Ostatni krok silnika, gdzie układ pamieci przechodzi do stanu pustego, ściska dwa stany urządzenia (cząstka z prawej strony, cząstka z lewej strony) przechodząc do jednego stanu: cząstka jest niewiadomo gdzie. Jest to zatem proces nieodwracalny, który generuje co najmniej jeden bit entropii. Jest to zatem proces nieodwracalny, który generuje co najmniej jeden bit entropii. A co z pomiarem? Czy za pomiar też trzeba zapłacić? Nie każdy pomiar jest związany z wydatkowaniem energii. A co z pomiarem? Czy za pomiar też trzeba zapłacić? Nie każdy pomiar jest związany z wydatkowaniem energii.

20

21 Dlaczego tak długo to trwało? Podsumowanie. Potrzebne było zrozumienie, że informacja może mieć ujemny koszt. Potrzebne było zrozumienie, że informacja może mieć ujemny koszt. Demon Maxwella może wykonywać użyteczną pracę rzędu na każdy bit posiadanej informacji. Jednocześnie tej pracy musi towarzyszyć wzrost entropii o wartość powodowany kasowaniem informacji. Demon Maxwella może wykonywać użyteczną pracę rzędu na każdy bit posiadanej informacji. Jednocześnie tej pracy musi towarzyszyć wzrost entropii o wartość powodowany kasowaniem informacji. Demon działający w cyklu zamkniętym i kasujący informacje nie narusza (bo nie może naruszać) II zasady termodynamiki Demon działający w cyklu zamkniętym i kasujący informacje nie narusza (bo nie może naruszać) II zasady termodynamiki

22 Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Demon Maxwella a zasada Landauera. O czym będzie mowa? Pojęcie demona Maxwella. Pojęcie demona Maxwella. Demon Maxwella a II zasada termodynamiki. Demon."

Podobne prezentacje


Reklamy Google